JP3975242B2 - Plastic optical component with antireflection film - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射防止膜を有するプラスチック光学部品に関し、特に、膜性能の評価が高い反射防止膜をスパッタ法を利用して施した眼鏡プラスチックレンズ等のプラスチック光学部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、眼鏡レンズでは、軽量、耐衝撃性に優れるという観点からプラスチックが多用されている。この眼鏡プラスチックレンズではその両面に反射防止膜が施されている。反射防止膜は、眼鏡プラスチックレンズでの表面反射を防止する働きを有する。表面反射が生じると、光学系の透過率を低下させ、結像に寄与しない光の増加をもたらし、像のコントラストを低下させる原因となるからである。眼鏡プラスチックレンズの反射防止膜は、従来、主に真空蒸着法により単層膜または多層膜として形成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
現在、スパッタ法(またはスパッタリング法)を利用して簡単な構成で眼鏡プラスチックレンズ等に反射防止膜を成膜し、生産性を高めた成膜の方法および装置が提案されつつある。この成膜装置では、真空容器内にターゲットを交換することにより異なる薄膜を作製できるスパッタ成膜室を備えており、眼鏡プラスチックレンズを大気にさらすことなくスパッタ成膜室で、レンズ表面に多層の反射防止膜を成膜でき、さらに当該レンズの両面を同時に成膜することができる。この成膜装置によれば、眼鏡プラスチックレンズの両面に同時に成膜を行えることから、レンズ両面の成膜条件が同じとなり、レンズ両面に同質の膜を形成できる利点がある。さらにレンズ表面に多層の膜を堆積させる場合であって、例えば性質の異なる2種の膜(高屈折率物質と低屈折率物質)を交互に繰り返し積層させて膜形成を行う場合に、上記スパッタ成膜室内で各膜の物質に応じた2つのターゲットを装備し、ターゲットを交換することによって、交互に繰り返してスパッタ成膜を行えばよいので、成膜装置としての構成上、かかる多層膜の成膜を容易に行えると共に、各層の膜の厚みの制御を正確に行えるという利点もある。
【0004】
そこで、スパッタ法を利用した前述の新しい成膜方法および成膜装置を利用して製作される眼鏡プラスチックレンズ等のプラスチック光学部品の反射防止膜について、新しい多層膜構造を有し、膜性能の評価が高い反射防止膜を提案することが可能となる。
【0005】
また眼鏡レンズにおける膜性能の評価では、干渉色は重要な評価項目となる。干渉色は白色光の干渉により生じる色であり、多層反射防止膜が成膜された眼鏡プラスチックレンズで置き換えれば、レンズ表面上に屈折率の異なる透明な薄膜がついたときに反射光が示す干渉による色である。市販の反射防止膜付きレンズの干渉色は、一般的に、青色系、紫系、グリーン系の3つ大別される。中でもグリーン系の干渉色は眼生理学的や審美感として優れ、特に商業的価値においても優れるものであるが、膜原料の選択、膜厚の設定、成膜条件等の種々の技術的問題があり、この干渉色を安定的に付与させる技術については未だ確立されていなかった。
【0006】
本発明の目的は、上記要望に応えることにあり、主にスパッタ法を利用することにより反射防止膜を作製し、膜性能の評価が高い、新しい多層膜構造の反射防止膜を有するプラスチック光学部品を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、眼鏡プラスチックレンズに利用され、当該レンズでグリーン系の干渉色を安定して付与でき、眼生理学、審美感に優れた商業的に価値の高い反射防止膜を有するプラスチック光学部品を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る反射防止膜を有するプラスチック光学部品は、上記の各目的を達成するために、次のように構成されている。
【0009】
第1のプラスチック光学部品(請求項1に対応): プラスチック基材の少なくとも一方の面に反射防止膜を施してなるプラスチック光学部品であり、当該反射防止膜は、プラスチック基材側の第1層を実質的に高屈折率物質としかつその次の層を低屈折率物質として、これらの高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して成膜された多層膜であって、反射防止膜の総膜厚が4800〜5800オングストロームの範囲に含まれ、そのうち低屈折率物質の総膜厚が3500オングストローム以上であり、さらに、その主波長範囲が480〜550nm、刺激純度範囲が10〜30%、視感反射率が0.7〜1.8%であってグリーン系の干渉色を呈するように形成され、多層膜上で、低屈折率物質の層の総数が奇数(3以上)であるときには中間に位置する低屈折率物質の膜厚、または低屈折率物質の層の総数(4以上)が偶数であるときには中間領域に位置する2つの層のうちのいずれか一方の低屈折率物質の膜厚は、必要な硬さおよび耐久性が得られるように、光の主波長をλとするとき0.471λ〜0.511λの範囲に含まれるように形成される。
【0010】
上記のプラスチック光学部品では、グリーン系の干渉色が生じるように多層の反射防止膜を設計し製作したため、当該プラスチック光学部品を眼鏡プラスチックレンズとして用いる場合に、審美感に優れた商業的な価値が高いレンズを実現できる。
【0012】
上記のプラスチック光学部品では、第1層を高屈折率膜、第2層を低屈折率膜として、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に成膜してなる多層膜構造の反射防止膜が形成される。反射防止膜を形成する各層の薄膜は、その膜厚や膜質が望ましい条件を満たすように適切に制御され、この結果、高い膜性能を有する反射防止膜が実現される。また膜設計の観点からも容易に所望の反射防止膜を作製することができる。プラスチック基材に施される反射防止膜として、中間領域に位置する低屈折率膜の膜厚を大きくすることによって、硬さおよび耐久性等の膜性能を高めている。
【0013】
第2のプラスチック光学部品(請求項2に対応): 上記のプラスチック光学部品において、好ましくは、上記の高屈折率物質はジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のいずれか、またはこれらのうち2つ以上の合金からなるターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物であり、上記の低屈折率物質はシリコン(Si)のターゲットを用いてスパッタ法で成膜された金属酸化物である。
【0014】
第3のプラスチック光学部品(請求項3に対応): 上記のプラスチック光学部品において、好ましくは、高屈折率物質のターゲットはSiを含むように構成される。これによって高屈折率膜はSiを含んで形成され、膜の硬さや耐久性等が改善される。
【0015】
第4のプラスチック光学部品(請求項4に対応): 上記のプラスチック光学部品において、好ましくは、高屈折率物質の成膜時に高屈折率物質のターゲットとは別にSiのターゲットを設け、これらの2種類のターゲットを同時にスパッタして高屈折率物質を混合膜として成膜するようにした。この場合にも、高屈折率膜の中にSiを含んで、膜の硬さ等が改善される。
【0017】
第5のプラスチック光学部品(請求項5に対応): 上記の各プラスチック光学部品において、上記プラスチック基材が曲率を有するとき、反射防止膜を広帯域性の膜として成膜する。これにより、スパッタ法による成膜の際の曲率依存による膜厚分布差に起因する干渉色ムラと、斜め入射による干渉色変化とを低減させることが可能となる。
【0018】
第6のプラスチック光学部品(請求項6に対応): 上記の各プラスチック光学部品において、好ましくは、上記プラスチック基材は眼鏡用のプラスチックレンズ基材であり、かつ上記プラスチック基材の両面に多層膜の構造を有する上記反射防止膜が成膜されるように構成される。
【0019】
第7のプラスチック光学部品(請求項7に対応): 上記のプラスチック光学部品において、上記反射防止膜は好ましくは10層で構成され、中間に位置する第6層の低屈折率物質の膜厚を大きくした。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0021】
本実施形態では、プラスチック光学部品として眼鏡プラスチックレンズの例を挙げ、この眼鏡プラスチックレンズの両面に成膜される反射防止膜について説明する。本発明による反射防止膜が施される光学部品は、眼鏡プラスチックレンズが最適ではあるが、これに限定されるものではない。
【0022】
図1は反射防止膜の膜構造の代表例を示す模式的断面図であり、図2はスパッタ成膜装置の一例を示す構成図である。反射防止膜はレンズの両面に施されるが、図1では、説明の便宜上、一方の面の反射防止膜のみの断面構造を示している。レンズの他方の面にも同様な構造を有する反射防止膜が施されている。
【0023】
図1に示したプラスチック基材11は眼鏡プラスチックレンズの基材である。プラスチック基材11の材質には、例えばCR−39(ジエチレングリコールビスアリルカーボネート重合体、nd=1.499)が使用される。このプラスチック基材11の表面には、当該表面の硬度を高める目的でハード膜12がコーティングされている。ハード膜12には例えばコロイド状シリカ含有の有機ケイ素系樹脂が使用され、その組成物の詳細については例えば特公平4−55615号公報に記述されている。
【0024】
なお眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材は、通常、曲率を有し、湾曲した形状を有している。しかし、図1では、説明の便宜上、平板の形態で示されている。プラスチック基材が湾曲しているとき、その上に成膜される膜は、一般的に基材表面に沿って湾曲する。
【0025】
プラスチック基材11に施される反射防止膜13は、本実施形態ではハード膜12がコーティングされているので、当該ハード膜の上に成膜される。本実施形態による反射防止膜13は、図1に示されるように、例えば10層の多層膜として構成される。この反射防止膜13で、プラスチック基材11の側に位置する最下層の膜131は高屈折率膜である。高屈折率膜131の上に、次に成膜されるのは、低屈折率膜132である。その後、高屈折率膜と低屈折率膜の順序で、これらの膜133〜140が順次に交互に繰り返して成膜される。その結果、第1層、第3層、第5層、第7層、第9層の膜131,133,135,137,139が高屈折率膜となり、第2層、第4層、第6層、第8層、第10層の膜132,134,136,138,140が低屈折率膜となって積層され、多層膜構造を有する反射防止膜13が形成される。
【0026】
本実施形態の場合では、上記高屈折率膜を形成する高屈折率物質は例えばジルコニウム(Zr)の金属酸化物ZrO2 であり、上記低屈折率膜を形成する低屈折率物質は例えばシリコン(Si)の金属酸化物SiO2 である。高屈折率物質としては、その他に、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のいずれかの金属酸化物を用いることができる。さらに高屈折率物質としてジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)のうち2つ以上の合金からなる金属酸化物を用いることもできる。以上の高屈折率膜と低屈折率膜は、後述のごとくスパッタ法を利用して作製される。そのため、高屈折率物質のターゲットと低屈折率物質のターゲットが用意される。
【0027】
また上記の高屈折率膜については、前述の高屈折率物質とSiを含む混合膜として形成することも可能である。高屈折率膜の中にSiを含ませることにより、膜の硬さ、耐久性等の性能を改善することができる。このような混合膜の作り方としては、例えば2つの方法を用いることができる。第1の方法は、上記高屈折率物質のターゲットの中にSiを含ませることである。このようなターゲットを用いてスパッタ成膜を行うことによって、Siを含む高屈折率膜を堆積させることができる。第2の方法は、上記高屈折率物質のターゲットとは別にSiのターゲットを設けることである。高屈折率物質のターゲットとSiのターゲットは、同時にスパッタされ、混合膜が形成される。Siのターゲットは低屈折率物質のターゲットを併用することもできる。
【0028】
上述のように形成される多層膜構造の反射防止膜13において、各層の高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚は、λを500nm(ナノメートル)とするとき、好ましくは次のように設定される。
【0029】
第1層の高屈折率膜の膜厚は0.075λ〜0.085λの範囲に含まれ、
第2層の低屈折率膜の膜厚は0.115λ〜0.130λの範囲に含まれ、
第3層の高屈折率膜の膜厚は0.177λ〜0.199λの範囲に含まれ、
第4層の低屈折率膜の膜厚は0.101λ〜0.114λの範囲に含まれ、
第5層の高屈折率膜の膜厚は0.102λ〜0.115λの範囲に含まれ、
第6層の低屈折率膜の膜厚は0.471λ〜0.511λの範囲に含まれ、
第7層の高屈折率膜の膜厚は0.102λ〜0.115λの範囲に含まれ、
第8層の低屈折率膜の膜厚は0.045λ〜0.060λの範囲に含まれ、
第9層の高屈折率膜の膜厚は0.270λ〜0.304λの範囲に含まれ、
第10層の低屈折率膜の膜厚は0.244λ〜0.275λの範囲に含まれるように設定される。以上において、各層のもっとも好ましい膜厚の値は、各範囲における中心値である。
【0030】
前述の反射防止膜13では、その総膜厚が4800〜5800オングストロームの範囲に含まれることが好ましく、さらに、そのうち低屈折率膜の総膜厚が3500オングストローム以上となることが好ましい。これは、反射防止膜として要求される硬さ、耐摩耗性等の耐久性、膜としての密着性等を確保するためである。本実施形態の場合には、特に、中間領域に位置する第6層の低屈折率膜136の膜厚を、他の膜に比較して相対的に厚くしており、これによって反射防止膜13における必要な膜厚を達成し、硬さや耐久性等の要求条件を満足させている。複数の低屈折率膜のうちに中間に位置する膜を相対的に厚くしたのは、膜の持つストレス等の観点でかかる構造が適しているという理由に基づく。
【0031】
なお、反射防止膜13の多層の層数は上記の10層に限定されない。多層膜構造を持つ反射防止膜の層数は、膜の生産性の観点からいえば、少ない方が好ましいが、要求される膜性能との関係で任意に定められるものである。
【0032】
また通常の眼鏡プラスチックレンズのプラスチック基材では、前述の通り、曲率を有し、湾曲形状を有する。湾曲したプラスチック基材に対して、図1に示された多層膜構造を有する反射防止膜13を、後述するようにスパッタ法を用いて作製する場合、プラスチック基材の各部の曲率に依存して膜厚分布差が生じ、それに起因する干渉色ムラや、斜め入射による干渉色変化が発生する。そこで、このような不具合を低減するために、前述の反射防止膜13は広帯域特性を有する膜として設計されることが好ましい。
【0033】
次に、図2を参照して、スパッタ法を利用した上記反射防止膜13の作製装置の一例と作製プロセスを概説する。図2はスパッタ成膜装置の要部の縦断面を示す。このスパッタ成膜装置によれば、プラスチック基材11の両面に同時に前述の多層膜構造を持つ反射防止膜13を成膜することが可能である。
【0034】
このスパッタ成膜装置は、大きく分けると、処理対象物を搬入するための導入室21と、プラスチック基材11の両面に高屈折率膜と低屈折率膜を交互に成膜する真空処理室(スパッタ成膜室)22と、予備処理室23から構成される。導入室21と真空処理室22と予備処理室23の各々の間はゲートバルブ24,25で仕切られている。ゲートバルブ24,25は、対象物を出し入れするときに、適宜なタイミングで開閉される。
【0035】
導入室21を経由してスパッタ成膜装置の内部に搬入された基板ホルダ26は、ゲートバルブ24を通って真空処理室22の内部にセットされる。図2において、基板ホルダ26を移送する搬入・搬出機構の図示は省略されている。基板ホルダ26は例えば円板形状である。基板ホルダ26には多数の基材保持孔26aが形成されている。これらの孔26aには、眼鏡プラスチックレンズ用のプラスチック基材11が配置されている。基材保持孔26aは上側および下側に開口されているので、基材保持孔26aに保持されたプラスチック基材11は、基板ホルダ26の上側および下側の空間に臨む。その結果、プラスチック基材11の両面に、スパッタ法によって前述の反射防止膜13が成膜される。
【0036】
真空処理室22おけるスパッタ成膜の工程は、より詳しくは、金属系薄膜を形成するスパッタ工程と、このスパッタ工程で堆積した金属系薄膜を酸化物薄膜へ変換する変換工程とから構成される。そのため、真空処理室22には、装置構成上、スパッタ工程領域22Aと変換工程領域22Bが備えられている。
【0037】
真空処理室22において、基板ホルダ26は、その中心部を上側支持部材27と下側支持部材28によって支持され、水平状態で配置されている。上側支持部材27と下側支持部材28は、図示しない油圧シリンダ等で上下に駆動され、かつ内蔵されるモータ回転機構で回転自在である。プラスチック基材11に反射防止膜13を成膜するときには、上側支持部材27と下側支持部材28の回転動作によって、基板ホルダ26は所要回転速度で回転状態に保たれる。従って、基板ホルダ26に配置された多数のプラスチック基材11は、スパッタ工程領域22Aと変換工程領域22Bを通過し、その間に、プラスチック基材11は、スパッタ工程領域22Aでスパッタ成膜処理を受け、変換工程領域22Bで変換処理を受けることになる。
【0038】
スパッタ工程領域22Aでは、基板ホルダ26の上方と下方にスパッタ装置が配備されている。各スパッタ装置は、ターゲット31と、スパッタ電極32と、スパッタ電源33と、スパッタガスボンベ34と、マスフロー35から構成される。基板ホルダ26が回転し、プラスチック基材11が上下のターゲット31の間にくると、スパッタ状態にあるターゲット31から発したターゲット物質がプラスチック基材11の両面に堆積し、プラスチック基材11の両面にターゲット物質の薄膜が形成される。このとき、マスフロー35を介してスパッタガスボンベ34によりアルゴンガス等のスパッタガスが導入されており、スパッタ雰囲気が調整される。
【0039】
真空処理室22におけるスパッタ成膜では、前述した反射防止膜13を作製するため、上記のスパッタ工程と後述する変換工程とに基づいて、第1層に高屈折率膜である金属酸化物ZrO2 が成膜され、第2層に低屈折率膜である金属酸化物SiO2 が成膜され、その後、第10層まで高屈折率膜ZrO2 、低屈折率膜SiO2 が交互に成膜される。スパッタ工程領域22Aでは、各金属酸化物の元となる金属が堆積される。第1層の高屈折率膜131を形成するための最初のスパッタ工程では、ターゲット31には、ジルコニウムZrからなるターゲットが用意されて、プラスチック基材11の両面にはZrが成膜される。次に、第2層の低屈折率膜132を形成するためのスパッタ工程では、シリコンSiからなる他のターゲットに交換されて、スパッタが行われ、プラスチック基材11の両面にはSiが成膜される。このようにターゲットを交互に高屈折率膜用物質または低屈折率膜用物質に交換することにより、高屈折率膜と低屈折率膜を交互に積層させて、反射防止膜13を作製することができる。なお図2においてターゲットを交換する機構の図示は省略されている。
【0040】
変換工程領域22Bでは、基板ホルダ26の上方と下方に誘導結合型プラズマ発生装置が配備されている。誘導結合型プラズマ発生装置は、高周波放電室41と、高周波コイル42と、マッチングボックス43と、高周波電源44と、反応性ガスボンベ45と、マスフロー46から構成される。基板ホルダ26が回転し、処理対象のプラスチック基材11が上下の誘導結合型プラズマ発生装置の間にくると、反応性ガスボンベ45からマスフロー46を介して導入された酸素のプラズマにプラスチック基材11が曝され、スパッタ工程で成膜された金属(ZrまたはSi)が酸化され、酸化物(ZrO2 またはSiO2 )に変換される。
【0041】
上記のごとく、真空処理室22で、内部に回転自在にセットされた基板ホルダ26上の多数のプラスチック基材11の両面に対して、ターゲットを交換しながらスパッタ工程と変換工程を繰り返すことにより、プラスチック基材11の両面に、図1に示したZrO2 (高屈折率膜)とSiO2 (低屈折率膜)からなる多層膜構造を有する反射防止膜13が形成される。
【0042】
なお真空処理室22の内部には、上記のスパッタ工程領域22Aと変換工程領域22Bを分離するため遮蔽部材47が設けられている。
【0043】
前述したスパッタ成膜装置において、スパッタ工程における高屈折率膜であるZrO2 の成膜条件の一例は、次の通りである。
【0044】
(1)スパッタガス:アルゴンガス(Ar)が使用され、380〜580cc/分の範囲内の流量が供給される。
(2)酸化用ガス:酸素ガス(O2 )が46〜60cc/分の範囲内の流量で供給される。
(3)成膜時の真空度:8.7×10-3Torrである。
(4)スパッタ出力:直流電力が3.3〜3.7kWの範囲内で供給される。
(5)酸化ガン出力:高周波(RF)電力が0.4kW供給される。
(6)成膜レート:320〜360オングストローム/分である。
【0045】
またスパッタ成膜装置で、スパッタ工程における低屈折率膜であるSiO2 の成膜条件の一例は、次の通りである。
【0046】
(1)スパッタガス:アルゴンガス(Ar)が使用され、110〜190cc/分の範囲内の流量が供給される。
(2)酸化用ガス:酸素ガス(O2 )が64〜70cc/分の範囲内の流量で供給される。
(3)成膜時の真空度:2.4×10-3Torrである。
(4)スパッタ出力:直流電力が5.1〜5.3kWの範囲内で供給され
(5)酸化ガン出力:高周波(RF)電力が0.4kW供給される。
(6)成膜レート:340〜380オングストローム/分である。
【0047】
以上のようにして得られた反射防止膜13を有する眼鏡プラスチックレンズにおける当該反射防止膜について、成膜後初期の膜性能と、恒温恒湿1ヶ月後の膜性能とを以下に示す。
【0048】
上記膜性能では、耐摩耗性、密着性、耐アルカリ性、耐熱性、耐酸性、耐人工汗、干渉色について、下記の要領で評価、測定した。
【0049】
(1)耐摩耗性:スチールウールテストが行われた。このテストでは、スチールウール#0000で反射防止膜を擦って傷のつく程度を目視で判断した。
(2)密着性:反射防止膜を有したプラスチックレンズの表面を1mm間隔で100目にクロスカットし、セロファンテープを強く貼り付けた後、急速に剥がして、多層反射防止膜の剥離の有無を調べた。
(3)耐アルカリ性:10wt% NaOH水溶液に、反射防止膜を有したプラスチックレンズを1時間浸漬し、多層反射防止膜の表面の侵食状態を観察した。
(4)耐熱性:反射防止膜を有したプラスチックレンズをオーブンに1時間入れて加熱し、クラックの発生の有無を調べた。加熱温度は、70℃より始め、5℃ずつ上げて、クラックが発生する温度により優劣を判定した。
(5)耐酸性:10wt% HCl 水溶液および10wt% H 2 SO4 水溶液に、反射防止膜を備えたプラスチックレンズを1時間浸漬し、多層反射防止膜の表面の侵食状態を観察した。
(6)耐人工汗:NaCl、Na2 S 、NH4 、乳酸を含む人工的に作られた汗に、反射防止膜を備えたプラスチックレンズを20℃の温度で24時間浸漬し、多層反射防止膜の表面の侵食状態を観察した。
(7)干渉色:蛍光燈による反射光を目視で観察した。
【0050】
上記の評価・測定に基づく上記反射防止膜13の成膜後初期の膜性能は、次の通りである。
(1)耐摩耗性は、ほとんど傷が入らず、問題がなかった。
(2)密着性は、100目のすべてで剥離が認められなかった。
(3)耐アルカリ性は、ほとんどダメージがなく、問題がなかった。
(4)耐熱性は、75℃でクラックが発生した。
(5)耐酸性は、変化が認められず、問題がなかった。
(6)耐人工汗は、変化が認められず、問題がなかった。
(7)干渉色はグリーンであった。
【0051】
さらに、上記の評価・測定に基づく上記反射防止膜13の恒温恒湿1ヶ月後の膜性能は、次の通りである。
(1)耐摩耗性は、ほとんど傷が入らず、問題がなかった。
(2)密着性は、100目のすべてで剥離が認められなかった。
(3)耐アルカリ性は、ほとんどダメージがなく、問題がなかった。
(4)耐熱性は、60℃でクラックが発生した。
(5)耐酸性は、変化が認められず、問題がなかった。
(6)耐人工汗は、変化が認められず、問題がなかった。
(7)グリーン系の干渉色に変化が認められず、問題がなかった。
【0052】
また図3は反射防止膜13の分光反射率曲線の測定例を示す。この分光反射率曲線から明らかなように、およそ420〜740nmの広い波長範囲で低い反射率が達成され、広帯域の反射防止膜が実現されている。また特におよそ480〜550nmの波長範囲では反射率が相対的に高くなっている。
【0053】
さらに本発明による反射防止膜では、主波長範囲を480〜550nmとし、刺激純度範囲を10〜30%とし、視感反射率を0.7〜1.8%とすることによって、干渉色をグリーン系としている。ここで「主波長」とは、単色表示によって色度を表す要素であり、色度図上において色度座標で表される点と光源を結んだ線がスペクトル軌跡と交わる点に対応する波長をいい、「刺激純度」とは、その主波長の点が、光源が0からスペクトル軌跡との光点にいかに近いかを表すものであり、近づくほど鮮やかな色となる。反射物体の色を表示する場合、一般的に視感反射率と色度が用いられる。さらに色度は、単色表示する場合には、上記の主波長と刺激純度が用いられる。なお視感反射率は、物体から反射する光束と物体に入射する光束の比で表される。
【0054】
図3に示した分光反射率曲線を有する本実施形態による反射防止膜では、主波長は508nm、刺激純度は22%、視感反射率は0.963%であり、グリーン系の干渉色を呈していた。
【0055】
上記では、反射防止膜をスパッタ法を用いて成膜する方法を説明したが、同様な多層膜構造を有する反射防止膜は、その他の方法、例えば真空蒸着法やCVD法等で作製することもできる。
【0056】
また上記実施形態では眼鏡プラスチックレンズ基材の両面に多層膜構造の反射防止膜が施されたが、他のプラスチック光学部品の場合では、一方の面のみに上記反射防止膜が施されることも可能である。
【0057】
さらに上記の実施形態では、反射防止膜13の第1層が高屈折率膜131となっていたが、厳密に第1層である必要はない。例えば、ハード膜12と高屈折率膜膜131の間に他の膜を存在させることも可能である。従って高屈折率膜131は、反射防止膜13において実質的に第1層であればよい。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、主にスパッタ法を利用して、眼鏡プラスチックレンズ等のプラスチック基材の例えば両面に、第1層を高屈折率物質、第2層を低屈折率物質とし、高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層した多層膜構造の反射防止膜を成膜し、この反射防止膜で中間の低屈折率物質の膜厚を相対的に大きくしたため、高い評価の膜性能を有する反射防止膜を実現することができる。また上記反射防止膜を広帯域性の膜として成膜したため、プラスチック基材が曲率を有するときに、スパッタ法による成膜の際の曲率依存による膜厚分布差に起因する干渉色ムラと、斜め入射による干渉色変化とを低減することができる。さらに、グリーン系の干渉色が安定して得られ、眼生理学、審美感に優れた商業的に価値の高い反射防止膜を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る反射防止膜の構造を示す断面図である。
【図2】本発明に係る反射防止膜を作製するスパッタ成膜装置の構成図である。
【図3】本発明に係る反射防止膜の分光反射率曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
11 プラスチック基材
13 反射防止膜
22 真空処理室(スパッタ成膜室)
26 基板ホルダ
31 ターゲット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plastic optical component having an antireflection film, and more particularly to a plastic optical component such as an eyeglass plastic lens in which an antireflection film having a high evaluation of film performance is applied using a sputtering method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, plastics are frequently used in spectacle lenses from the viewpoint of light weight and excellent impact resistance. This spectacle plastic lens has antireflection films on both sides. The antireflection film has a function of preventing surface reflection by the spectacle plastic lens. This is because when the surface reflection occurs, the transmittance of the optical system is lowered, an increase in light that does not contribute to image formation is caused, and the contrast of the image is lowered. Conventionally, an antireflection film for a spectacle plastic lens has been formed as a single layer film or a multilayer film mainly by a vacuum deposition method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
At present, a film forming method and an apparatus in which an antireflection film is formed on a spectacle plastic lens or the like with a simple configuration by using a sputtering method (or sputtering method) to improve productivity are being proposed. This film forming apparatus includes a sputter film forming chamber in which a different thin film can be produced by exchanging a target in a vacuum vessel. In the sputter film forming chamber without exposing the spectacle plastic lens to the atmosphere, a multilayer film is formed on the lens surface. An antireflection film can be formed, and further, both surfaces of the lens can be formed simultaneously. According to this film forming apparatus, since film formation can be performed simultaneously on both surfaces of the spectacle plastic lens, the film forming conditions on both surfaces of the lens are the same, and there is an advantage that the same film can be formed on both surfaces of the lens. Further, when the multilayer film is deposited on the lens surface, for example, when the film formation is performed by alternately laminating two kinds of films having different properties (a high refractive index material and a low refractive index material), the above-mentioned sputtering is performed. Since it is only necessary to carry out sputter deposition alternately and alternately by replacing two targets by equipping two targets according to the material of each film in the deposition chamber, the multilayer film has such a structure as the deposition apparatus. There is an advantage that the film formation can be easily performed and the thickness of each layer can be accurately controlled.
[0004]
Therefore, the new anti-reflection film for plastic optical components such as eyeglass plastic lens manufactured using the above-mentioned new film forming method and film forming apparatus using the sputtering method has a new multilayer film structure, and the film performance is evaluated. Therefore, it is possible to propose an antireflection film having a high value.
[0005]
In the evaluation of the film performance of the spectacle lens, the interference color is an important evaluation item. The interference color is a color caused by white light interference, and if it is replaced by a spectacle plastic lens with a multilayer antireflection coating, the interference reflected by the reflected light when a transparent thin film with a different refractive index is placed on the lens surface. Is the color. The interference colors of commercially available lenses with an antireflection film are generally roughly classified into three types: blue, violet, and green. Among them, green interference colors are excellent in terms of eye physiology and aesthetics, and are particularly excellent in commercial value. However, there are various technical problems such as film material selection, film thickness setting, and film formation conditions. However, a technique for stably imparting this interference color has not been established yet.
[0006]
An object of the present invention is to meet the above-mentioned demands. A plastic optical component having an antireflection film having a new multilayer film structure, in which an antireflection film is mainly produced by utilizing a sputtering method, and the film performance is highly evaluated. Is to provide.
[0007]
Another object of the present invention is a plastic having a commercially available antireflection film that is used for spectacle plastic lenses, can stably impart a green interference color with the lens, and has excellent eye physiology and aesthetics. It is to provide an optical component.
[0008]
[Means and Actions for Solving the Problems]
The plastic optical component having the antireflection film according to the present invention is configured as follows in order to achieve each of the above objects.
[0009]
First plastic optical component (corresponding to claim 1): A plastic optical component obtained by applying an antireflection film to at least one surface of a plastic substrate, and the antireflection film is a first layer on the plastic substrate side. Is a multilayer film formed by alternately laminating these high-refractive-index substances and low-refractive-index substances. Thus, the total thickness of the antireflection film is included in the range of 4800-5800 angstroms, of which the total thickness of the low refractive index material is 3500 angstroms or more, Further, the multilayer is formed to have a green wavelength interference range of 480 to 550 nm, an excitation purity range of 10 to 30%, a luminous reflectance of 0.7 to 1.8%, and exhibiting a green interference color. Above When the total number of low refractive index material layers is an odd number (3 or more), The thickness of the low refractive index material Or when the total number (4 or more) of low refractive index material layers is an even number, the film thickness of one of the two low refractive index materials located in the intermediate region is In order to obtain the required hardness and durability, the light is formed so as to fall within the range of 0.471λ to 0.511λ, where λ is the dominant wavelength of light.
[0010]
In the above-mentioned plastic optical component, a multilayer antireflection film is designed and manufactured so as to generate a green interference color. Therefore, when the plastic optical component is used as a spectacle plastic lens, it has a commercial value with excellent aesthetics. A high lens can be realized.
[0012]
In the plastic optical component described above, the antireflection film having a multilayer structure in which the first layer is a high refractive index film, the second layer is a low refractive index film, and a high refractive index film and a low refractive index film are alternately formed. Is formed. The thin film of each layer forming the antireflection film is appropriately controlled so that the film thickness and film quality satisfy desirable conditions, and as a result, an antireflection film having high film performance is realized. In addition, a desired antireflection film can be easily produced from the viewpoint of film design. As the antireflection film applied to the plastic substrate, the film performance such as hardness and durability is enhanced by increasing the film thickness of the low refractive index film located in the intermediate region.
[0013]
First 2 Plastic optical components (claims) 2 Corresponding to): above In a plastic optical component, preferably, the high refractive index material is a sputtering method using a target made of zirconium (Zr), titanium (Ti), tantalum (Ta), or an alloy of two or more thereof. The low refractive index material is a metal oxide formed by sputtering using a silicon (Si) target.
[0014]
First 3 Plastic optical components (claims) 3 Corresponding to): above In the plastic optical component, the high refractive index target is preferably configured to contain Si. Thereby, the high refractive index film is formed containing Si, and the hardness and durability of the film are improved.
[0015]
First 4 Plastic optical components (claims) 4 Corresponding to): above In a plastic optical component, preferably, a Si target is provided separately from the target of the high refractive index material when forming the high refractive index material, and these two types of targets are sputtered simultaneously to form the high refractive index material as a mixed film. A film was formed. Also in this case, Si is contained in the high refractive index film, so that the hardness of the film is improved.
[0017]
First 5 Plastic optical components (claims) 5 In each of the plastic optical components described above, when the plastic substrate has a curvature, the antireflection film is formed as a broadband film. As a result, it is possible to reduce interference color unevenness due to a difference in film thickness distribution due to curvature during film formation by sputtering and interference color change due to oblique incidence.
[0018]
First 6 Plastic optical components (claims) 6 In the above plastic optical components, preferably, the plastic base material is a plastic lens base material for spectacles, and the antireflection film having a multilayer film structure is formed on both surfaces of the plastic base material. Configured to be membrane.
[0019]
First 7 Plastic optical components (claims) 7 In the plastic optical component described above, the antireflection film is preferably composed of 10 layers, and the film thickness of the low refractive index material of the sixth layer located in the middle is increased.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0021]
In this embodiment, an example of an eyeglass plastic lens is given as an example of a plastic optical component, and an antireflection film formed on both surfaces of the eyeglass plastic lens will be described. The optical component to which the antireflection film according to the present invention is applied is optimally a spectacle plastic lens, but is not limited thereto.
[0022]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a typical example of a film structure of an antireflection film, and FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a sputtering film forming apparatus. The antireflection film is applied to both surfaces of the lens, but FIG. 1 shows a cross-sectional structure of only one surface of the antireflection film for convenience of explanation. An antireflection film having a similar structure is also applied to the other surface of the lens.
[0023]
The
[0024]
The plastic base material of the spectacle plastic lens usually has a curvature and a curved shape. However, in FIG. 1, it is shown in the form of a flat plate for convenience of explanation. When a plastic substrate is curved, the film deposited thereon generally curves along the substrate surface.
[0025]
Since the
[0026]
In the present embodiment, the high refractive index material forming the high refractive index film is, for example, a metal oxide ZrO of zirconium (Zr). 2 The low refractive index material forming the low refractive index film is, for example, a silicon (Si) metal oxide SiO. 2 It is. In addition, any metal oxide of titanium (Ti) or tantalum (Ta) can be used as the high refractive index substance. Furthermore, a metal oxide made of an alloy of two or more of zirconium (Zr), titanium (Ti), and tantalum (Ta) can be used as the high refractive index substance. The high refractive index film and the low refractive index film described above are produced using a sputtering method as described later. Therefore, a target of a high refractive index material and a target of a low refractive index material are prepared.
[0027]
The high refractive index film can also be formed as a mixed film containing the above high refractive index substance and Si. By including Si in the high refractive index film, the performance of the film such as hardness and durability can be improved. As a method for making such a mixed film, for example, two methods can be used. The first method is to include Si in the high refractive index target. By performing sputtering film formation using such a target, a high refractive index film containing Si can be deposited. The second method is to provide a Si target separately from the high refractive index material target. The high refractive index target and the Si target are simultaneously sputtered to form a mixed film. The Si target can be used in combination with a low refractive index target.
[0028]
In the
[0029]
The film thickness of the high refractive index film of the first layer is included in the range of 0.075λ to 0.085λ,
The film thickness of the low refractive index film of the second layer is included in the range of 0.115λ to 0.130λ,
The film thickness of the high refractive index film of the third layer is included in the range of 0.177λ to 0.199λ,
The film thickness of the low refractive index film of the fourth layer is included in the range of 0.101λ to 0.114λ,
The film thickness of the high refractive index film of the fifth layer is included in the range of 0.102λ to 0.115λ,
The film thickness of the low refractive index film of the sixth layer is included in the range of 0.471λ to 0.511λ,
The film thickness of the high refractive index film of the seventh layer is included in the range of 0.102λ to 0.115λ,
The film thickness of the low refractive index film of the eighth layer is included in the range of 0.045λ to 0.060λ,
The film thickness of the high refractive index film of the ninth layer is included in the range of 0.270λ to 0.304λ,
The film thickness of the tenth low refractive index film is set so as to be included in the range of 0.244λ to 0.275λ. In the above, the most preferable film thickness value of each layer is the center value in each range.
[0030]
The above-described
[0031]
Note that the number of layers of the
[0032]
Further, as described above, a plastic base material of a normal spectacle plastic lens has a curvature and a curved shape. When the
[0033]
Next, with reference to FIG. 2, an example of an apparatus for manufacturing the
[0034]
This sputter film forming apparatus is roughly divided into an
[0035]
The substrate holder 26 carried into the sputter deposition apparatus via the
[0036]
More specifically, the sputtering film forming process in the
[0037]
In the
[0038]
In the
[0039]
In the sputter film formation in the
[0040]
In the
[0041]
As described above, in the
[0042]
A shielding
[0043]
In the above-described sputter deposition apparatus, ZrO is a high refractive index film in the sputtering process. 2 An example of the film forming conditions is as follows.
[0044]
(1) Sputtering gas: Argon gas (Ar) is used, and a flow rate in the range of 380 to 580 cc / min is supplied.
(2) Oxidizing gas: oxygen gas (O 2 ) At a flow rate in the range of 46-60 cc / min.
(3) Degree of vacuum during film formation: 8.7 × 10 -3 Torr.
(4) Sputter output: DC power is supplied within a range of 3.3 to 3.7 kW.
(5) Oxidized gun output: 0.4 kW of radio frequency (RF) power is supplied.
(6) Deposition rate: 320 to 360 Å / min.
[0045]
In addition, in a sputtering film forming apparatus, SiO, which is a low refractive index film in the sputtering process. 2 An example of the film forming conditions is as follows.
[0046]
(1) Sputtering gas: Argon gas (Ar) is used, and a flow rate in the range of 110 to 190 cc / min is supplied.
(2) Oxidizing gas: oxygen gas (O 2 ) At a flow rate in the range of 64 to 70 cc / min.
(3) Degree of vacuum during film formation: 2.4 × 10 -3 Torr.
(4) Sputter output: DC power is supplied within the range of 5.1 to 5.3 kW.
(5) Oxidized gun output: 0.4 kW of radio frequency (RF) power is supplied.
(6) Deposition rate: 340 to 380 angstrom / min.
[0047]
Regarding the antireflection film in the spectacle plastic lens having the
[0048]
In the above film performance, the wear resistance, adhesion, alkali resistance, heat resistance, acid resistance, artificial sweat resistance and interference color were evaluated and measured in the following manner.
[0049]
(1) Abrasion resistance: A steel wool test was conducted. In this test, the degree of scratching by rubbing the antireflection film with steel wool # 0000 was judged visually.
(2) Adhesiveness: The surface of a plastic lens having an antireflection film is cross-cut at 100 intervals at 1 mm intervals, strongly adhered with cellophane tape, and then peeled off rapidly to determine whether the multilayer antireflection film has been peeled off. Examined.
(3) Alkali resistance: A plastic lens having an antireflection film was immersed in a 10 wt% NaOH aqueous solution for 1 hour, and the erosion state of the surface of the multilayer antireflection film was observed.
(4) Heat resistance: A plastic lens having an antireflection film was placed in an oven for 1 hour and heated to examine whether cracks occurred. The heating temperature was started at 70 ° C. and increased by 5 ° C., and the superiority or inferiority was determined based on the temperature at which cracks occurred.
(5) Acid resistance: 10 wt% HCl aqueous solution and 10 wt% H 2 SO Four A plastic lens provided with an antireflection film was immersed in an aqueous solution for 1 hour, and the erosion state of the surface of the multilayer antireflection film was observed.
(6) Artificial sweat resistance: NaCl, Na 2 S, NH Four Then, a plastic lens provided with an antireflection film was immersed in an artificially made sweat containing lactic acid at a temperature of 20 ° C. for 24 hours, and the erosion state of the surface of the multilayer antireflection film was observed.
(7) Interference color: The reflected light from the fluorescent lamp was visually observed.
[0050]
The initial film performance of the
(1) Abrasion resistance was hardly damaged and there was no problem.
(2) As for the adhesion, no peeling was observed on all 100 eyes.
(3) Alkali resistance was not damaged and there was no problem.
(4) As for heat resistance, cracks occurred at 75 ° C.
(5) No change was observed in acid resistance, and there was no problem.
(6) The artificial sweat resistance did not change, and there was no problem.
(7) The interference color was green.
[0051]
Further, the film performance after one month of constant temperature and humidity of the
(1) Abrasion resistance was hardly damaged and there was no problem.
(2) As for the adhesion, no peeling was observed on all 100 eyes.
(3) Alkali resistance was not damaged and there was no problem.
(4) As for heat resistance, cracks occurred at 60 ° C.
(5) No change was observed in acid resistance, and there was no problem.
(6) The artificial sweat resistance did not change, and there was no problem.
(7) No change was observed in the green interference color, and there was no problem.
[0052]
FIG. 3 shows a measurement example of the spectral reflectance curve of the
[0053]
Further, in the antireflection film according to the present invention, the interference wavelength is green by setting the main wavelength range to 480 to 550 nm, the stimulation purity range to 10 to 30%, and the luminous reflectance to 0.7 to 1.8%. It is a system. Here, the “primary wavelength” is an element representing chromaticity by monochromatic display, and a wavelength corresponding to a point where a line connecting a point represented by chromaticity coordinates and a light source intersects a spectrum locus on a chromaticity diagram. In other words, “stimulus purity” indicates how close the point of the main wavelength is to the light point from 0 to the spectral locus, and the closer the point is, the brighter the color. When displaying the color of a reflective object, the luminous reflectance and chromaticity are generally used. Furthermore, when the chromaticity is displayed in a single color, the above-described dominant wavelength and stimulation purity are used. The luminous reflectance is represented by the ratio between the light beam reflected from the object and the light beam incident on the object.
[0054]
In the antireflection film according to the present embodiment having the spectral reflectance curve shown in FIG. 3, the dominant wavelength is 508 nm, the stimulation purity is 22%, the luminous reflectance is 0.963%, and it exhibits a green interference color. It was.
[0055]
In the above description, the method of forming the antireflection film using the sputtering method has been described. However, the antireflection film having a similar multilayer film structure may be formed by other methods such as a vacuum deposition method and a CVD method. it can.
[0056]
In the above embodiment, the antireflection film having a multilayer film structure is applied to both surfaces of the spectacle plastic lens substrate. However, in the case of other plastic optical components, the antireflection film may be applied to only one surface. Is possible.
[0057]
Further, in the above-described embodiment, the first layer of the
[0058]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the first layer is a high refractive index material and the second layer is low on, for example, both surfaces of a plastic substrate such as a spectacle plastic lens, mainly using a sputtering method. An antireflection film having a multilayer structure in which a high refractive index material and a low refractive index material are alternately laminated is formed as a refractive index material, and the film thickness of the intermediate low refractive index material is relatively increased with this antireflection film. Therefore, an antireflection film having highly evaluated film performance can be realized. In addition, since the antireflection film is formed as a broadband film, when the plastic substrate has a curvature, the interference color unevenness due to the difference in film thickness distribution due to the curvature dependency during the film formation by the sputtering method, and the oblique incidence It is possible to reduce the interference color change due to. Furthermore, a green interference color can be stably obtained, and a commercially valuable antireflection film excellent in eye physiology and aesthetics can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an antireflection film according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a sputter deposition apparatus for producing an antireflection film according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a spectral reflectance curve of an antireflection film according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Plastic substrate
13 Anti-reflective coating
22 Vacuum processing chamber (sputter deposition chamber)
26 Substrate holder
31 targets
Claims (7)
前記反射防止膜は、前記プラスチック基材側の第1層を実質的に高屈折率物質としかつその次の層を低屈折率物質として、これらの高屈折率物質と低屈折率物質を交互に積層して成膜された多層膜であって、前記反射防止膜の総膜厚が4800〜5800オングストロームの範囲に含まれ、そのうち前記低屈折率物質の総膜厚が3500オングストローム以上であり、さらに、
その主波長範囲が480〜550nm、刺激純度範囲が10〜30%、視感反射率が0.7〜1.8%であってグリーン系の干渉色を呈し、
前記多層膜上で、前記低屈折率物質の層の総数が奇数(3以上)であるときには中間に位置する前記低屈折率物質の膜厚、または前記低屈折率物質の層の総数(4以上)が偶数であるときには中間領域に位置する2つの層のうちのいずれか一方の前記低屈折率物質の膜厚は、必要な硬さおよび耐久性が得られるように、光の主波長をλとするとき0.471λ〜0.511λの範囲に含まれる、
ことを特徴とする反射防止膜を有するプラスチック光学部品。It is a plastic optical component formed by applying an antireflection film on at least one surface of a plastic substrate,
The anti-reflective coating comprises a first layer on the plastic substrate side as a substantially high-refractive index material and a subsequent layer as a low-refractive index material, and alternately switches these high-refractive index material and low-refractive index material. What laminated to the formed multilayer der, total thickness of the antireflection film is included in the range of 4,800 to 5,800 angstroms, and in them the total thickness of the low refractive index material 3500 angstroms, further,
Its main wavelength range is 480 to 550 nm, the stimulation purity range is 10 to 30%, the luminous reflectance is 0.7 to 1.8% and exhibits a green interference color,
On the multilayer film, when the total number of layers of the low refractive index material is an odd number (3 or more), the film thickness of the low refractive index material positioned in the middle , or the total number of layers of the low refractive index material (4 or more) ) Is an even number, the film thickness of the low refractive index material in one of the two layers located in the intermediate region is set to the wavelength of the main light λ so that the required hardness and durability can be obtained. Is included in the range of 0.471λ to 0.511λ,
A plastic optical component having an antireflection film.
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